Agua, a sua importância biológica

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70 % de água

Segundo a mitologia grega, Afrodita, deusa do amor e da beleza feminina, tinha nascido das águas do mar. De facto, o 70% do peso de uma mulher (e já agora, também de um homem) é água.

Não é novidade para ninguém que a água é condição indispensável para a existência de vida, porque toda a química subjacente aos processos fisiológicos está baseada em reacções ocorridas entre substâncias dissolvidas em meio aquoso.  A disponibilidade de água condiciona os habitats dos animais e plantas, mesmo no meio aquático, onde há diversos tipos e qualidades de água (doce, salgada, sulfurosa, quente, fria...) e muito especialmente no meio terrestre, no qual a principal preocupação dos organismos é o não perder a água contida nos seus corpos, daí a existência de peles impermeáveis, cutículas, ceras e mecanismos verdadeiramente engenhosos para reter e repor  a reserva de água do organismo. Há, por exemplo, uma espécie de escaravelho que vive no deserto da Namíbia que tem pelos especialmente destinados a captar vapor de água do vento que vem do mar e finos canais gravados na cutícula que conduzem a água assim obtida para a boca do insecto. Mais perto de nós, as agulhas dos pinheiros são um excelente mecanismo de condensação do vapor de água, sendo conhecido de todos que dentro de um pinhal é muito raro haver nevoeiro. Neste caso, a água cai ao chão, para ser absorvida pelas raízes da árvore. Isto permite aos pinheiros desenvolverem-se em terras arenosas, com pouca retenção de água.

A importância da água para os seres vivos está relacionada com certas propriedades muito peculiares que ela tem.

A água: substância surpreendente

A água forma parte da paisagem e do nosso ambiente quotidiano. Desde as montanhas nevadas, o mar, os rios e lagos, as nuvens e a chuva. Quando vemos água a sair da torneira, a cair sob forma de chuva ou a correr num ribeiro, não costumamos pensar nas propriedades estranhas que ela tem.

Água líquida!

No gráfico da direita aparecem várias substâncias representadas em função do seu ponto de ebulição. As substâncias são combinações de hidrogénio com os vários elementos que constituem o grupo do oxigénio. Como se pode ver, ao aumentar a massa atómica do elemento, aumenta a temperatura de ebulição. Por exemplo, o ácido sulfídrico, (H2S), tem um ponto de ebulição de cerca de -60 º C. O hidreto de selénio (H2Se) o tem a cerca de -50º C. e assim por diante.

O ponto marcado a vermelho, com um sinal de interrogação, corresponde ao ponto de ebulição esperado para a água, se tudo funcionasse segundo as regras da lógica aparente. Assim, a água seria gás para temperaturas superiores a 80 º negativos, temperatura que não se atinge nem sequer nos pólos. Nunca teríamos visto água líquida ao natural (nunca teríamos visto nada, porque a vida, como a conhecemos, seria impossível, e não existiríamos).

Olhando para o gráfico de novo, vemos que a água sai completamente da linha mais ou menos recta definida pelos pontos de ebulição das outras substâncias. Ferve a 100 º C, e se mantém líquida desde os 0 º C, permitindo a existência de cerveja fresca, chá quente, ribeiros de montanha, gelo, neve e autoclismos.

Oceanos on the rocks

Qual seria a nossa reacção, se no bar trouxessem uma bebida fresca com duas pedras de gelo no fundo do copo?

Esta é outra surpresa que não temos.  Todos já vimos filmes ou desenhos onde as pessoas fazem um buraco no gelo para pescar. De facto, no inverno mais rigoroso, gela a parte superficial do rio ou do lago ou do mar, ficando, por baixo, a água líquida e a uma temperatura superior à do gelo, onde os peixes vivem confortavelmente (dentro dos possíveis) durante todo o inverno.

De facto, na quase totalidade das substâncias, a fase sólida é mais densa que a líquida e afunda-se. Se assim fosse com a água, o gelo iria para o fundo e, como a água isola bem do calor, o gelo não derreteria. O facto é que os oceanos seriam uma massa de gelo com quilómetros de espessura, coberta por uns centímetros de água. Se a vida fosse possível, com certeza não seria na água.

Quebrando ligações

As ligações de tipo iónico que formam um cristal de sal de cozinha (NaCl) são extraordinariamente fortes. É preciso chegar a uma temperatura de cerca de 1400º C para que elas comecem a quebrar. No entanto, basta deitar uma colher de sal num copo de água para estas ligações ficarem quebradas em poucos segundos, à temperatura ambiente. De facto, a água arrefecerá ligeiramente.

Temo ser repetitivo, mas, de facto, isto não acontece se o sal for lançado em álcool, parafina ou mercúrio. O sal continuará sólido, e as ligações iónicas intactas.

A água é mesmo uma substância surpreendente!

A molécula de água

A chave para entender estas propriedades surpreendentes da água é a estrutura da sua molécula. Dizemos H2O sem mais preocupação, mas isso não é tudo: a molécula de água apresenta uma forma triangular, na qual os átomos de hidrogénio dispoem-se num ângulo de 104º (figura da esquerda, a esfera vermelha é oxigénio e as azul-claro hidrogénio). A nuvem de pontos à volta é o chamado contorno de Van der Walls da molécula, e que pode ser interpretado como o espaço ocupado pelo conjunto de orbitais dos diferentes átomos que a compõem. Pode-se dizer que duas moléculas "tocam-se" quando estas superfícies entram em contacto.

Além disso, o núcleo do átomo de oxigénio atrai os electrões dos hidrogénios mais do que estes, pelo que a nuvem electrónica se acumula no lado do oxigénio, fazendo que a molécula, embora seja electricamente neutra no seu conjunto, apresente uma extremidade com carga positiva e outra com carga negativa, o que se denomina um dipolo. Na figura da direita a cor vermelha representa a carga positiva e a azul a negativa.

Pontes de hidrogénio

Esta característica faz que as diferentes moléculas interactuem umas com outras, por um tipo de atracção electromagnética entre um átomo de hidrogénio de uma molécula e o de oxigénio da outra que se denomina ponte de hidrogénio. Este tipo de ligação é muito mais fraca do que a covalente ou iónica.

Elevadas temperaturas de fusão e ebulição

Por baixo dos 0º C, estas pontes são bastante estáveis. Formam-se cristais, de arranjo hexagonal, e a água transforma-se em gelo. Na água líquida as moléculas individuais organizam-se em aglomerados mais ou menos grandes como o da figura à esquerda (as pontes de hidrogénio são as ligações representadas por linhas de traços); podíamos chama-los minúsculas partículas de gelo. Estes aglomerados estão num estado de equilíbrio dinâmico, em permanente formação e destruição. Ao subir a temperatura o equilíbrio desloca-se no sentido da diminuição do tamanho dos aglomerados, até que, por volta dos 100º C, as pontes de hidrogénio desapareceram na sua quase totalidade, e as moléculas individuais escapam em forma gasosa.

Os átomos de enxofre, selénio e teluro têm camadas internas de electrões que produzem uma blindagem das cargas positivas do núcleo, diminuindo a atracção exercida sobre os electrões do hidrogénio, e a molécula apresenta uma dipolaridade insignificante, insuficiente para criar pontes de hidrogénio. Isto justifica o ponto de ebulição muito mais baixo do que o da água, ao não haver aglomerados de tipo gelo.

Gelo flutuante

Por outro lado, as pontes de hidrogénio têm um comprimento preciso, o que mantém as moléculas, na forma cristalina, mais longe umas das outras do que estariam sem outra organização. Isso faz que o gelo sólido tenha menor densidade do que a água líquida, e flutue. De facto, a densidade máxima da água, 1 (um), ocorre cerca dos 4º C, cerca de 1, enquanto o gelo a 0º C anda pelos 0.9.

Propriedades de dissolvente

A polaridade da molécula de água faz que, em presença de um ião carregado electricamente, as moléculas de água se acumulem orientadas com a extremidade positiva dirigida aos iões negativos (aniões) e as extremidades negativas viradas para os iões positivos (catiões).

Isto faz que cada ião se veja rodeado de sucessivas camadas de moléculas de água que o separam dos outros átomos do cristal, dissolvendo com grande facilidade os sais. Os dissolventes não polares, como o álcool ou o benzeno, ao não ter cargas eléctricas nas moléculas não dissolvem este tipo de compostos, ou o fazem em proporção insignificante.

Por outro lado, compostos que não apresentam nenhuma ionização, como o azeite, não são solúveis na água, apresentando boa solubilidade em muitos dissolventes não polares. É de todos conhecida a utilização de benzina (uma mistura de hidrocarbonetos, não polares) para eliminar gorduras de panos ou metais.

Tensão superficial

A superfície da água tem uma física própria. É conhecido de todos o fenómeno da formação do menisco na superfície da água contida numa pipeta. Isto é causado porque existe uma força análoga à que faria uma membrana elástica à volta da água. Isto é o que faz que as gotas de água tomem uma forma mais ou menos esférica. As substâncias que se molham apresentam adesão à água, isto é, força de atracção entre a água e a outra substância: o menisco é côncavo, e a água tende a subir por ela. Isto é muito importante na subida da seiva bruta das raízes até às folhas das plantas. Nos materiais que não se molham, por exemplo a cera, a água tende a minimizar a superfície de contacto e o menisco é convexo. Este efeito é aproveitado pelos insectos que patinam sobre a superfície da água. Parece, também, que a formação de coágulos no sangue está relacionada com as propriedades de adesão das paredes dos vasos sanguíneos.

A viscosidade

A viscosidade é a resistência que apresenta um líquido ao movimento de objectos a través dele. Ao aumentar a temperatura a viscosidade diminui ligeiramente. Determinados organismos que formam parte do plancton de oceanos tropicais apresentam ornamentos superficiais (como pelos e espinhos) muito maiores e ramificados do que os que têm os organismos análogos de mares frios. As moléculas em dissolução na água podem alterar a viscosidade, como é de todos conhecido ao preparar calda de açúcar. Muitos processos biológicos dependem da alteração de viscosidade do líquido que passa por um canal ou escapa por um orifício.

As propriedades únicas da água a colocam, portanto, no centro de todas as reacções químicas subjacentes ao complicadíssimo fenómeno que designamos pelas quatro letras da palavra vida. Ao longo dos capítulos seguintes continuaremos a ver o papel central desta substância na fisiologia e constituição do ser vivo.

Procedimentos práticos
para detecção da presença de água

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